[发明专利]一种基于DSP的数字化智能涡街流量计及其计量方法

说明书

技术领域

本发明属于流量检测领域，具体涉及一种基于数字信号处理器DSP的数字化智能涡街流量计以及计量方法。

背景技术

涡街流量计发展迅速，应用范围越来越广泛，涡街传感器和涡街信号频率提取技术是涡街流量计设计过程中的两个关键技术。涡街传感器涉及流体力学的知识，而我们更关注的是基于涡街信号频率提取技术的二次仪表的相关研究。

传统涡街信号提取的方法主要通过放大、滤波、整形、计数等四步来实现，前三部主要的工作由模拟硬件电路完成，计数由MCU实现。由这种涡街信号提取方法设计的系统的量程低，易受电磁和现场干扰。从传统的方法中可以归纳出涡街信号提取的技术要点有两个，分别是信号滤波和涡街信号频谱信息的获取。由于信号频谱分析方法研究相对较成熟，故在涡街信号提取中，诸如小波变换、现代谱分析、陷波滤波、FFT等信号分析方法都有学者研究过。相对于传统的方法，这些通过软件算法实现的频谱分析方法的频率分辨率都比传统的方法更高，但考虑到二次仪表的离线工作的实时性，这些方法在实际应用中却比较少。FFT能满足实时性的要求，但由于存在“栅栏效应”而往往会造成频谱泄露。

涡街信号具有低频段易噪声干扰、高频段特征明显的特点，在低频段时易受现场噪声干扰。现在对涡街信号提取的研究往往基于单路信号，造成的结果是当干扰信号强于涡街信号时，前者会把后者覆盖，最终得到的涡街信号其实是干扰信号。

发明内容

针对硬件信号处理电路易受外界干扰、仪表离线工作的实时性和准确性要求及单路传感信号采集的缺陷等技术问题，本发明提供了一种基于DSP的数字化智能涡街流量计及其计量方法。

一种基于DSP的数字化智能涡街流量计，包括信号检测模块、信号输出模块、人机接口模块和电源模块，所述信号检测模块包括涡街信号检测电路和干扰检测电路；所述智能涡街流量计还包括频谱分析模块，所述频谱分析模块包括：

模数转换单元，用于将所述信号检测模块输出的两路检测信号转换为数字信号；

数字带通滤波单元，用于对所述模数转换单元输出的数字信号进行带通滤波；

插值FFT计算单元，用于对所述数字带通滤波单元输出的滤波后的数字信号进行频谱分析，得到所述信号检测模块两路检测信号的谐波的频谱信息；

智能算法规则单元，用于比较所述两路检测信号的谐波的频谱信息，提取涡街信号的频率。

进一步地，所述智能涡街流量计还包括与频谱分析模块相连的监测模块，所述监测模块为看门狗电路。所述看门狗电路，设定一定的工作周期作为喂狗的时间周期，如果本发明智能涡街流量计工作出现故障，便无法及时喂狗，那么看门狗电路便会向DSP芯片的复位端发送系统复位信号。

进一步地，所述智能涡街流量计还包括与频谱分析模块相连的参数存储模块，用于存储累积流量等重要参数，防止流量计掉电时参数丢失。

进一步地，所述涡街信号检测电路和干扰检测电路的硬件电路均包括传感器，电荷放大器和预滤波电路，所述传感器为压电传感器。用于分两路采集涡街信号和现场振动干扰，并对其进行放大后通过低通滤波和缓冲隔离后输出到频谱分析模块。

进一步地，所述频谱分析模块为数字信号处理器DSP（Digital Signal Processing，简称DSP）。涡街流量计的主要工作包括滤波、信号频谱分析以及剔除现场主干扰的智能算法规则都在DSP中通过软件实现。

进一步地，所述数字化智能涡街流量计，还包括稳压电路，所述稳压电路包括一个稳压器，用于将所述电源模块输出的参考电压转变为所述模数转化模块的输入电压，专门的稳压产生电路在稳定性上要优于内部参考电压。

本发明还提出了基于上述数字化智能涡街流量计的计量方法，包括步骤：

（1）、分别对涡街信号和干扰信号进行检测获得两路检测信号；

（2）、对检测出的两路检测信号进行采样，转变为数字信号；

（3）、对数字信号进行滤波，做基于幅值的插值FFT，得到两路检测信号的谐波的频谱信息；

（4）、比较两路检测信号的谐波的频谱信息，通过智能算法规则提取涡街信号的频率；

（5）、经过换算输出流量计量信息。

其中，所述谐波的频谱信息包括谐波的幅值平均值、谐波的幅值以及谐波的频率索引值。

进一步地，所述步骤（3）包括步骤：

（3.1）、对数字信号进行滤波，对滤波后数字信号作FFT，存储相应的谐波的频谱信息，存储数组的第一个就是谐波幅值平均值；